企業(yè)建立標準件庫的實用模式

企業(yè)建立通用零部件庫的實用模式王建正 李曉宏(太原重型機械集團有限公司技術(shù)中心,山西 太原 )摘要: 本文分析了標準件庫現(xiàn)狀和二維、三維CAD軟件的建庫基礎(chǔ)，提出了一種充分利用三維軟件參數(shù)化設(shè)計功能、建立企業(yè)二維、三維CAD通用零部件庫的模式。結(jié)合起重機通用件庫建設(shè)，介紹了各類零部件的參數(shù)化設(shè)計方式、入庫文件和零部件的調(diào)用界面。關(guān)鍵詞: 參數(shù)化設(shè)計；通用零部件庫；二維和三維CAD。30 標準件庫的現(xiàn)狀與CAD軟件建庫基礎(chǔ)國營大型企業(yè)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，其產(chǎn)品及零部件的標準化、系列化已具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，形成了大量的通用零部件設(shè)計圖表，并多以文檔形式存在。另一方面，隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，二維CAD得以全面普及、三維CAD開始走向設(shè)計的各個領(lǐng)域。在二維CAD軟件中，機械制造行業(yè)建立了參數(shù)化的標準件圖庫，包括螺栓、銷軸等基礎(chǔ)性圖庫，并與編程相結(jié)合，開發(fā)了齒輪等通用件的參數(shù)化設(shè)計。企業(yè)內(nèi)部雖然也進行過一些通用件參數(shù)化設(shè)計嘗試，但因開發(fā)工作量大、周期長、軟硬件開發(fā)工具混雜等種種原因，并未取得較好的使用效果。二維設(shè)計軟件提供的建庫模式，一是利用交互式繪圖，按標準件系列制作相應(yīng)圖塊；二是利用編程工具，按標準件結(jié)構(gòu)，編制相應(yīng)程序；三是利用圖形參數(shù)化工具和編程相結(jié)合，生成參數(shù)化模型。對企業(yè)建庫而言，通用零部件較為復(fù)雜，前者工作量很大，而后者對于復(fù)雜零部件則難以實現(xiàn)。三維設(shè)計軟件是一個基于參數(shù)化技術(shù)構(gòu)建的軟件，對參數(shù)化設(shè)計幾乎形成面面俱到的支持，標準件、系列件、相似零部件的參數(shù)化設(shè)計變得十分容易，可以預(yù)見，這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得大量相似的結(jié)構(gòu)件、機構(gòu)件形成眾多模塊化的快速設(shè)計，企業(yè)通用零部件庫因而迅速龐大，從而極大的提高設(shè)計效率。三維設(shè)計軟件支持企業(yè)庫的定制，其插件國際三維標準件庫提供零部件的擴充功能，入庫文件為系列表控制的零部件文件、系列表及界面控制等表格文件，程序按一定的格式生成人際界面，完成所選擇規(guī)格的三維實體的生成和調(diào)用。1 企業(yè)建庫模式的探索目前，我國大多數(shù)企業(yè)，還處于二維設(shè)計階段，三維CAD還處于探索或小規(guī)模使用時期。二維與三維CAD還有一段相當(dāng)長的并存時期。企業(yè)建庫必須考慮這一形勢，使之有較長的生命周期。在當(dāng)前三維設(shè)計參數(shù)化功能很強的情況下，充分利用這一特點，歸納、總結(jié)不同零部件高效的設(shè)計模式，完成通用件的三維參數(shù)化設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，利用三維軟件的建庫功能直接建立企業(yè)三維庫，采用三維設(shè)計生成不同規(guī)格的系列工程圖，對此進行轉(zhuǎn)換、管理、查詢和調(diào)用生成二維庫，從而支持二維、三維兩種設(shè)計手段。1.1通用件的參數(shù)化設(shè)計方式 1）零件的設(shè)計三維設(shè)計軟件為零件設(shè)計提供了零件系列表、配置、方程式等功能，控制著尺寸、特征構(gòu)成、變量關(guān)系等基本因素。直接采用系列表和配置，可以方便的建立零件系列設(shè)計；通過建立設(shè)計主變量、服從變量和它們之間的關(guān)系方程式等手段，進行二次開發(fā)，可實現(xiàn)主變量控制的參數(shù)化設(shè)計。 2）小型部件的設(shè)計對部件來講，除系列表、配置、方程式等上述功能外，增加了零件屬性的功能，對于采用自底向上的設(shè)計方法進行設(shè)計的部件，可以通過系列設(shè)計表，控制零件的配置，實現(xiàn)系列零件尺寸規(guī)格的不同組合，完成部件的系列設(shè)計。對于自頂向下主要參數(shù)的控制設(shè)計，首先在裝配體環(huán)境下生成主要變量控制的結(jié)構(gòu)控制草圖，然后進入裝配體環(huán)境下的新零件編輯狀態(tài)，設(shè)定新零件的輪廓草圖與布局草圖的全等或者等距關(guān)系，從而在布局草圖與零件之間形成父子關(guān)系，實現(xiàn)布局草圖對所有零件的控制驅(qū)動。3）大型部件的設(shè)計 大型部件的相似設(shè)計，往往是各種建模技術(shù)的綜合應(yīng)用，其特點是必須模塊化、多人共同設(shè)計，并與編程相結(jié)合。程序完成相似設(shè)計思想指導(dǎo)的初始設(shè)計后，根據(jù)具體情況在三維界面或二維CAD環(huán)境下進行人機交互式的局部修改，完成產(chǎn)品具體設(shè)計。從實踐效果來看，一般采用以下手段：自底向上的零件設(shè)計，裝配位置的草圖控制，數(shù)據(jù)文件控制零部件初始設(shè)計，人機交互完成局部修改。2.2 三維建庫 三維軟件提供了對企業(yè)建庫的支持，可以利用國際三維標準件庫的零部件擴充功能直接建庫，它支持四級目錄的管理、查詢。對于零件，入庫文件為系列表控制的sldprt文件、零件系列尺寸表、人機界面表、重量表，程序自動完成界面生成和內(nèi)部鏈接，可通過界面完成零件規(guī)格、驅(qū)動尺寸的選擇、三維模型的生成等功能。對于部件，入庫文件為零件配置系列表控制的sldasm文件、零件配置系列表、人機界面表、零件明細表，程序自動完成部件控制界面生成和內(nèi)部鏈接，同樣通過界面完成部件的規(guī)格選擇、三維模型的生成、零部件的轉(zhuǎn)換等功能。2.3系列工程圖形生成、轉(zhuǎn)換與二維建庫三維軟件中，當(dāng)零部件實體生成后，指出視圖選擇和位置，自動生成工程視圖，并可自動插入特征尺寸，生成詳細工程圖。對于零件的系列設(shè)計，通過視圖屬性改變零件配置、程序按新規(guī)格自動更新圖形和尺寸。對于主要參數(shù)控制的相似設(shè)計，在工程圖中更新主變量，其余尺寸和零件實體自動更新。對于部件，則須更新裝配體實體文件，工程圖隨之更新。三維設(shè)計軟件提供另部件工程圖向AutoCAD中R12、13、14、2000版本的dwg文件格式的轉(zhuǎn)化，并可定義圖層、顏色和圖素實體之間的對應(yīng)關(guān)系。從當(dāng)前使用的效果看，圖素與尺寸沒有問題，字體的格式有時要做手工調(diào)整。轉(zhuǎn)化成dwg文件后，工程圖不再含有參數(shù)化信息，不支持參數(shù)驅(qū)動。在具有二維系列圖的基礎(chǔ)上，通過轉(zhuǎn)換功能進行圖形的文件格式轉(zhuǎn)換，并將將三維庫文件中的系列、界面等表格另存為獨立的Exel文件，在此基礎(chǔ)上開發(fā)二維圖形庫界面，并通過接口技術(shù)將庫界面嵌入到Auto cad上，完成對圖形的管理、選擇和調(diào)用。3 工程實例3.1起重機通用零部件參數(shù)化設(shè)計以中端三維軟件Solid Works為例，圖一所示為車輪的系列設(shè)計，按子午面形狀形成草圖曲線，旋轉(zhuǎn)后形成基本實體，鉆孔、倒角后形成零件。圖一 車輪的系列設(shè)計顯示、修改尺寸變量名，與工程名稱保持一致。建立規(guī)格尺寸系列表（圖中右下側(cè)），便完成了零件實體的系列設(shè)計。圖二所示為起重機主梁隔板零件的設(shè)計模型，主變量為隔板高度和寬度， 其余尺寸為主變量的函數(shù)，通過方程式（圖中右側(cè)）確定其關(guān)系，當(dāng)改變主變量時，其余尺寸隨著變化，模型隨之更新。 圖二 隔板的參數(shù)化設(shè)計圖三 車輪平衡架系列設(shè)計圖四 起重機主梁參數(shù)化設(shè)計圖三所示為車輪平衡架的系列設(shè)計，它由平衡架體、主動車輪裝置、被動車輪裝置、半支撐環(huán)等零部件組成，這些零部件已形成系列，在部件中插入系列設(shè)計表（圖中下部），控制它們的配置組合，形成部件系列設(shè)計。圖四為主要變量表控制的起重機主梁模型，圖中的下半部分為主要變量表，當(dāng)進行設(shè)計時輸入一組新的數(shù)據(jù)，所有零部件即自動更新，完成另一種規(guī)格的設(shè)計。3.2 起重機通用件三維庫庫結(jié)構(gòu)如圖五所示，它支持四級目錄的管理、查詢。當(dāng)點擊零件時，出現(xiàn)圖六所示的控制界面，可通過它完成零件規(guī)格、驅(qū)動尺寸的選擇、三維模型的生成等功能。對于部件，如圖七所示，可通過它完成部件規(guī)格選擇、三維模 型的生成、零部件的轉(zhuǎn)換等功能。圖五標準庫目錄結(jié)構(gòu)樹圖六 三維零件控制界面圖七 三維部件控制界面3.3起重機通用件二維庫圖八 二維庫界面用VB語言開發(fā)了二維圖形庫接口將三維通用件的二維工程圖嵌入到Auto cad上, 形成兩者的緊密集成。如圖八所示，它具有各種視圖的快速查詢和調(diào)用功能，其中為保持轉(zhuǎn)換圖形與Auto cad圖形格式完全一致, 對圖形進行了相應(yīng)的修改與完善, 并按照編程要求, 對圖形的組成進行了響應(yīng)的調(diào)整。 4 結(jié)束語在三維設(shè)計逐步推廣的今天，有經(jīng)驗的產(chǎn)品設(shè)計人員已不同程度的對通用零部件進行了參數(shù)化處理，以實現(xiàn)設(shè)計重用。采用本文提供的建模方式，建立簡單的表格文件形成建庫輸入文件，從而完成通用件的入庫，很容易為設(shè)計人員所掌握。他們往往對于通用件庫有者更為迫切的需求和熱情，從而充當(dāng)建庫初期的主力軍。對于以二維設(shè)計為主的企業(yè)，通過專業(yè)人員三維參數(shù)化設(shè)計、圖形轉(zhuǎn)換建立二維圖形庫，更是一種高效的、支持長遠設(shè)計和現(xiàn)行設(shè)計的實用建庫模式。參考文獻：1 童秉樞.現(xiàn)代CAD技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,2000.2 趙汝嘉,陳樺.Solidworks 2001.機械工業(yè)出版社,2002.3楊素敏等.Autocad2000定制與開發(fā).北京:人民郵電出版社,2000,6.4張樹兵.Visual